有效使用小型發(fā)酵罐以及發(fā)酵變化

如何有效使用小型發(fā)酵罐以及發(fā)酵過程的變化，如何我們經(jīng)常使用到小型發(fā)酵罐來做各種科研實(shí)驗(yàn)，那么在操作中得到很好的利用是一個(gè)非常重要的課題，還有在發(fā)酵的過程中一些細(xì)微的變化。

小型發(fā)酵罐分批培養(yǎng)過程中大腸桿i菌的菌體生長狀況，通過控制發(fā)酵過程的溫度、溶氧、攪拌速度、空氣流量、泡沫水平等參數(shù)，并每小時(shí)取樣測OD值和還原糖量，制作菌體生長曲線，以此判斷大腸桿i菌的生長發(fā)酵狀況。結(jié)果表明大腸桿i菌在發(fā)酵的前三個(gè)小時(shí)處于生長延遲期，發(fā)酵3～6小時(shí)為對數(shù)生長期，發(fā)酵6小時(shí)后該菌開始進(jìn)入平衡期，第8小時(shí)時(shí)結(jié)束發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。

發(fā)酵罐是進(jìn)行液體發(fā)酵的特殊設(shè)備。生產(chǎn)上使用的發(fā)酵罐容積大，均用鋼板或不銹鋼板制成；供實(shí)驗(yàn)室使用的小型發(fā)酵罐，其容積可從約1L至數(shù)百升或稍大些。一般來說，5L以下是用耐壓玻璃制作罐體，10 L以上用不銹鋼板或鋼板制作罐體。發(fā)酵罐配備有控制器和各種電極，可以自動(dòng)地調(diào)控試驗(yàn)所需要的培養(yǎng)條件，是微生物學(xué)、遺傳工程、醫(yī)i藥工業(yè)等科學(xué)研究所必需的設(shè)備。

在當(dāng)今市場上，各廠家生產(chǎn)的發(fā)酵罐會(huì)有所差別，但基本原理是相同的，基本結(jié)構(gòu)是類似的。本實(shí)驗(yàn)使用的是BIOTECH-7BGZ發(fā)酵罐，其結(jié)構(gòu)主要又罐體和控制器兩大部分組成，罐體為一硬質(zhì)玻璃圓筒，底和頂兩端用不銹鋼板及橡膠墊圈密封構(gòu)成，容積為5L，頂蓋上有多個(gè)孔口，分別是加料及接種口補(bǔ)料口、放置 DO（溶解氧）電極口、放置pH電極口、放置消泡電極口、放置取樣管口等；本罐可配置不同性能的控制器，控制器能完成最基本的功能。

閥門宜采用軟密封

閥門是在發(fā)酵設(shè)備中使用最多的附屬設(shè)備，其中使用最多的是截止閥。閥門對介質(zhì)的密封性可分為4級(jí)，即公稱級(jí)、低漏級(jí)、蒸汽級(jí)和原子級(jí)。公稱級(jí)與低漏級(jí)密封適用于關(guān)閉要求不嚴(yán)密的閥門，例如用于控制流量的閥門。蒸汽級(jí)密封適用于蒸汽和大部分其他工業(yè)用閥門的閥座、閥桿和閥體連接部的密封。原子級(jí)密封適用于介質(zhì)密封性要求極高的場合，如宇宙飛船和原子能動(dòng)力設(shè)備等。由于發(fā)酵工業(yè)中使用高溫蒸汽對發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行滅菌，因此閥門對介質(zhì)的密封性要求是蒸汽級(jí)密封。

由于在發(fā)酵過程中閥門開啟頻繁，經(jīng)常受介質(zhì)腐蝕、沖刷和氣蝕的損害，因此對于閥門副結(jié)構(gòu)，即閥座與關(guān)閉件互相接觸進(jìn)行關(guān)閉的部分的選擇較為關(guān)鍵。閥門副結(jié)構(gòu)的密封分為軟密封和硬密封兩種。硬密封的密封副結(jié)構(gòu)是靠閥座與關(guān)閉件互相擠壓發(fā)生微小彈塑性變形而形成一條閉合的圓形密封接觸線。雖然這類閥門在應(yīng)用初期密封效果良好，但是發(fā)酵閥門開啟比較頻繁，容易磨損先前形成的接觸線，或者由于管道不清潔而使密封面產(chǎn)生壓痕而損壞。而硬密封的密封副結(jié)構(gòu)彈性變形量很小，形成新的密封接觸線很困難，因此長期使用可能導(dǎo)致閥門泄漏，使發(fā)酵失敗。軟密封的閥門關(guān)閉件一般采用軟質(zhì)墊片，利用墊片較大的彈塑性形變形成較寬的環(huán)形密封接觸帶，以添塞密封面上的不平、消除間隙形成密封。其加工精度一般要求不高，如有特殊要求，閥體材料可采用不銹鋼，軟密封關(guān)閉件用可更換的聚四氟乙烯墊片，這樣可通過經(jīng)常更換聚四氟乙烯墊片來保證閥門的密封性。

發(fā)酵罐有著哪些廣泛的應(yīng)用？

發(fā)酵罐發(fā)酵過程中，為了能對生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的控制，我們需要對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行定期取樣測定或進(jìn)行連續(xù)測量，以確定其參數(shù)對于發(fā)酵罐發(fā)酵過程的影響程度。發(fā)酵罐反映發(fā)酵過程變化的參數(shù)可以分為兩類：一類是可以直接采用特定的傳感器檢測的參數(shù)。它們包括反映物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境變化的參數(shù)，如溫度、壓力、攪拌功率、轉(zhuǎn)速、泡沫、發(fā)酵液粘度、濁度、pH、離子濃度、溶解氧、基質(zhì)濃度等，稱為直接參數(shù)。

另一類是至今尚難于用傳感器來檢測的參數(shù)，包括細(xì)胞生長速率、產(chǎn)物合成速率和呼吸嫡等。這些參數(shù)需要根據(jù)一些直接檢測出來的參數(shù)，借助于電腦計(jì)算和特定的數(shù)學(xué)模型才能得到，因此這類參數(shù)被稱為間接參數(shù)。上述參數(shù)中，發(fā)酵罐對發(fā)酵過程影響較大的有溫度、pH值和溶解氧濃度等。

發(fā)酵罐溫度對發(fā)酵過程的影響是多方面的，它會(huì)影響各種酶反應(yīng)的速率，改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向，影響微生物的代謝調(diào)控機(jī)制。除這些直接影響外，溫度還對發(fā)酵液的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，如發(fā)酵液的粘度、基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質(zhì)的分解和吸收速率等，進(jìn)而影響發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。發(fā)酵罐發(fā)酵溫度是既適合菌體的生長，又適合代謝產(chǎn)物合成的溫度，它隨菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件和菌體生長階段不同而改變。理論上，整個(gè)發(fā)酵過程中不應(yīng)只選一個(gè)培養(yǎng)溫度，而應(yīng)根據(jù)發(fā)酵的不同階段，選擇不同的培養(yǎng)溫度。在生長階段，應(yīng)選擇最適生長溫度，在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。

但實(shí)際生產(chǎn)中，由于發(fā)酵液的體積很大，升降溫度都比較困難，所以在整個(gè)發(fā)酵過程中，往往采用一個(gè)比較適合的培養(yǎng)溫度，使得到的產(chǎn)物產(chǎn)量最i高，或者在可能的條件下進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。發(fā)酵罐發(fā)酵溫度可通過溫度計(jì)或自動(dòng)記錄儀表進(jìn)行檢測，通過向發(fā)酵罐的夾套或蛇形管中通人冷水、熱水或蒸汽進(jìn)行調(diào)節(jié)。發(fā)酵罐工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，在這種情況下通常還需要加以冷卻，利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通人夾套或蛇形管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。

微生物發(fā)酵的最適氧濃度與臨界氧濃度是不同的。前者是指溶解氧濃度對生長或合成有一最適的濃度范圍，后者一般指不影響菌體呼吸所允許的最i低氧濃度。為了避免生物合成處在氧限制的條件下，需要考察每一發(fā)酵過程的臨界氧濃度和最適氧濃度，并使其保持在最適氧濃度范圍。發(fā)酵罐在供氧方面，主要是設(shè)法提高氧傳遞的推動(dòng)力和氧傳遞系數(shù)，可以通過調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通氣速率來控制。同時(shí)要有適當(dāng)?shù)墓に嚄l件來控制需氧量，使菌體的生長和產(chǎn)物形成對氧的需求量不超過設(shè)備的供氧能力。發(fā)酵罐發(fā)酵液的需氧量，受菌體濃度、基質(zhì)的種類和濃度以及培養(yǎng)條件等因素的影響，其中以菌濃的影響最為明顯。發(fā)酵液的攝氧率隨菌濃增大而增大，但氧的傳遞速率隨菌濃的對數(shù)關(guān)系減少。

發(fā)酵罐的特性可以滿足哪些發(fā)酵需求？

發(fā)酵罐其實(shí)就是一種生物反應(yīng)器，發(fā)酵罐是指為活i細(xì)胞或酶提供適宜的反應(yīng)環(huán)境，讓他們進(jìn)行細(xì)胞增殖或生產(chǎn)的裝置系統(tǒng)。發(fā)酵罐為細(xì)i菌的生長和繁殖提供適宜的生長環(huán)境，促進(jìn)菌體生產(chǎn)人們需要的產(chǎn)物。機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需的氧氣。

　　一、發(fā)酵罐的基本要求：

　　1)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，發(fā)酵罐經(jīng)得起蒸汽的反復(fù)滅菌，內(nèi)壁光滑，耐腐蝕性能好，以利于滅菌徹底和減小金屬離子對生物反應(yīng)的影響;

　　2)有良好的氣一液一固接觸和混合性能與高效的熱量、質(zhì)量、動(dòng)量傳遞性能;

　　3)發(fā)酵罐在保持生物反應(yīng)要求的前提下，降低發(fā)酵罐能耗;

　　4)有良好的熱量交換性能，以維持生物反應(yīng)最適溫度;

　　5)有可行的管路比例和儀表控制，發(fā)酵罐適用于滅菌操作和自動(dòng)化控制。